[发明专利]采用铜基钎料的钛合金-不锈钢异种金属激光钎焊方法

说明书

本发明涉及激光枪焊接技术领域的一种采用铜基钎料的钛合金‑不锈钢异种金属激光钎焊方法，针对钛合金‑不锈钢异种金属焊接过程中产生的脆性Ti‑Fe金属间化合物问题，采用激光作为焊接热源，以铜基钎料作为中间层材料，通过激光钎焊避免钛合金‑不锈钢焊接过程中Ti‑Fe金属间化合物的形成，降低接头脆性，改善接头的性能。采用激光单道焊，获得包含不锈钢熔焊焊缝、未熔化的不锈钢及钎焊焊缝的异种金属材料的高质量、高效率焊接接头。本发明是一种采用铜基钎料的钛合金‑不锈钢异种金属激光钎焊方法的工艺步骤为：板材组对及夹紧、不锈钢‑铜基钎料‑钛合金接触面预紧力调节、激光束聚焦在不锈钢板上1.5mm处施焊，实现钛合金‑不锈钢异种金属的连接。

技术领域

本发明涉及激光焊接技术领域，具体是采用铜基钎料的钛合金-不锈钢异种金属激光钎焊方法。

背景技术

钛及其合金由于其具有高强度、高韧性、低密度、耐高温和良好的耐腐蚀性等优点，已被广泛应用于各种工业领域。但钛合金成本高、焊接性差、加工性能差、抗蠕变性能差，限制了钛合金的应用。不锈钢是目前最常用的结构材料，其自身具有一系列优良的性能，如焊接性、耐磨性、力学性能，且成本相对较低。如果将钛合金与不锈钢通过焊接的方法连接在一起，钛合金与不锈钢的焊接结构将不锈钢良好的焊接性与钛合金优异的耐蚀性相结合，这样的组合将实现两种材料在性能上的优势互补。钛合金-不锈钢的熔化焊接头容易产生大量脆性较大的Ti-Fe金属间化合物。由于钛合金和不锈钢二者之间的物理、化学性能差异显著，接头中存在较大的残余应力，这会降低接头力学性能。

采用熔化焊进行钛合金与不锈钢焊接的过程中，只要钛合金与不锈钢发生熔化，熔化的材料就会进入熔池，Ti和Fe也会在熔池中发生相互扩散。因为Ti和Fe的互溶度很低，所以焊接过程中很容易在熔池中形成Ti-Fe金属间化合物。在此基础上，在焊接过程中加入中间层，焊缝中的Ti、Fe冶金反应明显被抑制，焊缝中Ti-Fe金属间化合物的含量大大降低，得到了性能相对稳定的焊接接头。但是在接头中会引入新的脆性化合物，例如Ti-Cu化合物。虽然其脆性比Ti-Fe金属间化合物低，但仍然增了加接头的脆性断裂的风险。此外，无论添加何种中间层，只要中间层在焊接过程中完全熔化，就不可完全避免Ti-Fe金属间化合物在接头中形成。

事实上，钎焊可以解决熔化焊过程中所产生的问题，因为在钎焊过程中母材一直处于固态。如果在接头中保留未完全熔化的不锈钢，可阻止Ti、Fe元素的混合及相互扩散，从而避免形成脆性Ti-Fe金属间化合物。以铜基钎料作为填充材料，通过激光钎焊来实现此种形式的钛合金-不锈钢的焊接。当激光聚焦在不锈钢板上时，焊接接头中包含不锈钢熔焊焊缝与钎焊焊缝及未熔化的不锈钢。由于未熔化不锈钢的存在，熔化焊焊缝中不存在Ti-Fe金属间化合物。而钎焊焊缝主要有熔化的铜基钎料组成，而且两侧母材处于固相状态，因此钎焊焊缝中也不存在Ti-Fe金属间化合物。采用铜基钎料的钛合金-不锈钢异种金属激光钎焊方法可以避免在接头中形成Ti-Fe金属间化合物。

发明内容

本发明的目的是提供一种采用铜基钎料的钛合金-不锈钢异种金属激光钎焊方法，针对接头的脆性问题，采用激光作为焊接热源，铜基钎料作为填充材料，采用激光单道焊，获得包含不锈钢熔化焊焊缝、未熔化的不锈钢及钎焊焊缝的钛合金-不锈钢焊接接头。这样，未熔化的不锈钢阻止Ti、Fe元素的混合及相互扩散，完全避免了Ti-Fe金属间化合物在接头中形成。同时，钎焊焊缝的组织主要由熔化的钎料组成，导致钎焊焊缝的硬度较低。因此，钎焊焊缝的存在相对容易变形，有助于降低不锈钢与钛合金接头内部的残余应力，提高接头的力学性能。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

一种采用铜基钎料的钛合金-不锈钢异种金属激光钎焊方法，按以下工艺步骤进行：

(1)接头形式：接头形式为I形坡口对接，铜基钎料厚度为0.2mm，组焊装夹时保证不锈钢-铜基钎料-钛合金接触面存在一定的预紧力。